揭秘中國火星計劃

金　微

2009年5月28日，在第三屆上海航展上，一個名為“螢火一號”的探測器成為焦點中的焦點，這就是我國自主研制的首個火星探測器模型，它體重僅110公斤，本體長75厘米、寬75厘米，高60厘米，在展位上顯得有些小巧玲瓏。

“火星在古代被稱為‘熒惑，中國第一顆火星探測器取其諧音，命名為‘螢火一號。”中俄聯(lián)合火星探測副總設計師陳昌亞博士解釋“螢火一號”的來歷時這樣說道，“別看它重量輕，但五臟俱全，它將攜帶照相機、磁強計等八件武器，肩負我國首次地外行星空間環(huán)境探測的重任。”

上海航天局負責人透露，“螢火一號”已通過各項試驗考核和驗證，現(xiàn)已轉入“待發(fā)”狀態(tài)。今年10月，它將搭乘俄羅斯運載火箭飛向太空，踏上前往火星的漫漫征途。與“嫦娥一號”到達月球38.4萬公里的距離相比，“螢火一號”的運行距離是它的900倍——3.56億公里，在飛行11個月后才能到達火星軌道并開展科學探測。

我國火星探測計劃早在2006年就提出，2007年6月，中俄正式簽署商務合作協(xié)議——兩國于2009年10月聯(lián)合開展火星探測。

“火星每兩年才靠近地球，今年發(fā)射正好是一個機會”。陳昌亞說，根據(jù)中俄合作協(xié)議，“螢火一號”探測器將與俄羅斯“福布斯－格朗特”著陸探測器共同搭乘俄方運載火箭升空。此后，“螢火一號”與“福布斯”將分道揚鑣，“福布斯”轉途探測火衛(wèi)1，并登陸采集火衛(wèi)1的土壤返回地球，而“螢火一號”則進入繞火星的橢圓形軌道，在火星大橢圓軌道上，展開太陽帆板，正式開始履行它的火星探測使命。

“它將探測火星的空間環(huán)境、探測研究火星表面水的消失機制、揭示類地行星的空間環(huán)境演化特征。”上海航天局透露螢火號的設計壽命為2年(在軌運行1年)，此次探測是我國火星探測“繞、落、回三步走”項目計劃中的第一步———“繞”。

“螢火一號”的兩個相機將對火星和火衛(wèi)1進行拍照，陳昌亞說：“探測器會把收集的各種科學數(shù)據(jù)通過遠距離傳輸技術不斷傳回給我國的地面科研人員。”屆時，它將從火星發(fā)來第一次屬于中國的問候。但是，“螢火一號”甓成使命后將不會返回它的故鄉(xiāng)，而是永遠地留在浩瀚的太空。

中俄合作與時間賽跑

目前，“螢火一號”已做好各項準備，即將運往莫斯科，中俄兩國科研人員將對它進行聯(lián)合測試，然后運往哈薩克斯坦境內的拜科努航天發(fā)射中心進行發(fā)射。

從2007年6月中俄正式簽署合作協(xié)議到今年10月探測器正式發(fā)射，研制時間只有兩年多，上海衛(wèi)星工程研究所在接到任務后開始和時間展開賽跑。“螢火一號”探測器在今年6月出廠，只用了23個月的時間。“這在航天界算是一個奇跡”，陳昌亞的語氣充滿了自豪。

“一般衛(wèi)星的設計至少要三年，火星探測器少說也得五年，我們加班加點工作，完全是把兩年當作四、五年來用。”為了“螢火一號”的研制，今年大年初一時陳昌亞還帶領工作人員到北京科學院空間中心進行單機和系統(tǒng)的測試。

雖然俄羅斯為我們提供了很多幫助，但也因此帶來了局限。“由于這次是俄方設計的軌道，這給我們探測器的研究增加了許多要求，我們必須面對“長火影”(長期火星陰影)。”陳昌亞介紹，國際上的火星探測器一般不走赤道這種軌道，但由于與俄羅斯探測器捆綁在一起，因此這種探測器要到火衛(wèi)1必須借助赤道軌道尋機著陸，而將“螢火一號”仍留在大橢圓赤道軌道上，從而將面臨探測史上最長的8.8小時“長火影”。

5大技術難題最終攻破

如今，深冷環(huán)境適應技術、活動部件及電子器件休眠－喚醒技術、姿控自主控制、深空測控技術、整星磁清潔控制技術等五項技術難關均已闖過，在23個月內解決了這些難題，也創(chuàng)造了國內航天研究史的多項第一。

“目前，‘螢火一號已經按照環(huán)境條件完成了所有試驗，一切正常。”螢火一號是繼神舟載人飛船、嫦娥探月工程后，我國又一重大航天科學計劃，它將成為中國航天史的新里程碑。“它會帶動我國深空探測技術的發(fā)展，為深空其他行星的探測打下基礎。”陳昌亞說。

中國自主探測火星還需20年

火星有沒有水?火星有沒有生命?為了解開這些謎題，人類自進入航天時代以來，已向火星發(fā)射了30多個各類探測器。今年10月，中國也將加入探測火星的隊伍，向火星發(fā)射“螢火一號”。但真正實現(xiàn)“繞，落，回”三步計劃，還有很長的路要走。

“在航天界，火星有航天器的墳墓之稱”，北京大學地球與空間科學學院焦維新教授說，火星探測初期有三分之二的探測器都以失敗告終。

“螢火一號”在科技部立項時，焦維新是評審專家之一，他說：“首先要解決運載火箭的難題，要讓探測器脫離地球引力必須達到第二宇宙速度11.2公里／秒，這樣才能確保探測器不奔向其他天體”，焦維新指出，而目前中國運載“嫦娥”的火箭的速度只有10.9公里／秒。

不過，焦維新指出，單從切入軌道而言，俄羅斯現(xiàn)在已能做到百分之百成功，由他們幫“螢火一號”切入火星軌道應該不成問題。

中俄聯(lián)合火星探測副總設計師陳昌亞則指出另一難題——探測器的信號對地面指揮尤其重要。“一旦捕獲探測器的信號，就像聽到新生嬰兒落地一樣。”但在茫茫太空，信號十分微弱，“沒有信號就無法判斷探測器是否進入軌道，也無法對探測器飛行作出調整。”焦維新說，這需要建立深空探測網(wǎng)，但中國還沒有建立起像美國那樣覆蓋全球的深空探測網(wǎng)。“僅靠我們自己的國土現(xiàn)有的探測網(wǎng)和少量的探測船是不夠的。”

對于中國何時能自主探測火星，焦維新認為恐怕還要20年。“不僅需要研制自己的運載火箭、還要有自己的深空探測網(wǎng)，提高探測器的跟蹤通訊能力，這里有很多技術問題，需要一步步探索。”